《民用飞机结构腐蚀与防护》文档格式.docx
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e
指金属与电解质溶液因发生电化学作用而产生的破坏
在同一种金属上也会发生腐蚀。
二、按腐蚀的环境分类
分为：
大气腐蚀，水的蒸汽腐蚀，土壤腐蚀，化学介质腐蚀（酸、碱、盐）
三、按腐蚀的外观特征分类
可分为：
全面腐蚀和局部腐蚀
ΔＷ
全面腐蚀：
腐蚀分布在整个表面，相对较均匀。
局部腐蚀：
腐蚀主要集中在某一区域，分布不均匀，危险性很大。
发生水桶效应
看最弱处
（又如材料的承载能力） 最弱处才是基准
局部腐蚀腐蚀危害性很大，大约５７种
常见的有：
应力腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、垢下腐蚀、冲刷腐蚀
第一章电化学腐蚀的基本概念
第一节金属腐蚀的电化学反应
一、腐蚀电化学反应的实质
e
指针
活跃金属为阳极，受腐蚀
阳极：
Zn–2e→Zn2+
↓
受腐蚀
阴极：
2H++2e→H2↑
受保护
用牺牲材料的方法来保护金属，如镀锌等等
腐蚀电化学反应实质：
一个发生在金属和溶液界面上的多相界面反应
电子的传递：
阳极→阴极→电解质溶液
阳极反应：
M→Mn++n.e
阴极反应：
D+n.e→[D.ne]
去极剂接受电子后生成的物质
溶液中能接受电子的物质，称去极剂或氧化剂
常见的去极剂：
1.H+（还原成H2）——析氢反应（相应的腐蚀叫析氢腐蚀）
2H++2e→H2↑
2.溶解在溶液中的O2
3．金属高价离子
Mn++n.e→M沉积反应（电解精炼铜）
Mn++e→M（n-1）+较低价态的金属离子
（三类五种）共同特点：
耗电子
第二节金属电化学腐蚀倾向的判断
性质+介质如ZnAl性质不同在于电极电位
（一）电极电位
1、双电层结构和电极电位
双电层：
金属进入溶液中，在金属和溶液界面可能发生带电粒子的转移，电荷从一相通过界面进入另一相，结果在两相中都会出现剩余电荷，并或多或少地集中在界面两侧，形成一边带正电一边带负电的“双电层”。
例如：
Zn浸在自身的盐溶液中
金属
（倾向快）Zn–2e→Zn2+进入溶液
（倾向慢）Zn2++2e→Zn沉积在Zn片的表面
如果是Cu与Cu2+，则
（倾向慢）Cu–2e→Cu2+
（倾向快）Cu2++2e→Cu
电极电位正好反过来
电极电位：
我们称这样一个金属/电解质溶液体系为电极，而将体系中金属与溶液之间的电位差称为该电术的电极电位。
2、平衡电极电位与能斯特方程式
平衡电极电位（可逆电位）
双电层不随时间变化，即电荷平衡，物质平衡。
标准电极电位
标准状态下的平衡电极电位
标准状态：
纯金属，纯气体，1.01x105Pa，25℃，单位活度
按标准电极电位值由小到大的顺序排列—标准电极电位序或简称为电动序
实际中用别的电极作为参比电极
用参比电极测得的电位值要换算：
相对参比电极的电位+参比相对标准氢电极电位
能斯特方程式：
用于非标准状态下的平衡电位
Ee=E°
+
Ln
对于金属固体：
Ee=E°
Lna
实际腐蚀中有多种不同物质反应，物质和电荷不可能都平衡
称只有电荷平衡为稳定
如锌在盐酸中腐蚀：
由两个电极过程完成
阳阴极反应以相同速度进行，此时电荷平衡，所获得的电位称为稳定电位
非平衡电位不能用能斯特方程式
二、腐蚀倾向的判断
用电动顺序表预测标准状态下的腐蚀体系的反应方向
非标准状态下要用能斯特方程式换算
第三节腐蚀电池
一、产生腐蚀电池的必要条件
1丹尼尔电池Zn2+活度a
=1
Cu2+活度a
=1
则：
E0
―E0
=0.337―（―0.763）
=1.100V=E0
外部：
（—）Zn∣Zn2+∣∣Cu2+∣Cu（+）
2伏特电池：
是金属与不同种离子之间产生电位差
（—）Zn∣H2SO4∣Cu（+）
腐蚀原电池（腐蚀电池）：
由于不同电极电位的金属在电解溶液中构成了原电池而产生了金属的电化学腐蚀。
腐蚀电池
形成腐蚀电池具备的条件：
1）存在电位差既要有阴、阳极的存在
2）存在电解质溶液
3）在腐蚀电池的阴、阳极之间要又连续传递电子的回路
二、腐蚀电池的工作过程
（1）阳极过程：
金属溶解，以离子的形式进入溶液，并把当量的电子留在金属上：
（负极）
（2）阴极过程：
从阳极流过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化剂（本
（正极）身被还原）即去极剂（D）所接受：
D+n.e→[D.ne]
（3）电流的流动。
电流在金属中是依靠电子从阳极流向阴极，而在溶液中是依靠
离子的迁移，这样就使整个电池系统中的电路构成通路。
三个过程相互独立，彼此依存，缺一不可
三、腐蚀电池的类型
根据腐蚀电池中电极大小
（一）宏电池腐蚀：
（凭肉眼可看到电极构成的“大电池”）
1、电偶腐蚀电池（接触腐蚀）
a、概念：
两种不同电极电位的金属（合金）接触，在电解质溶液中组成腐蚀电池，电位较负的受腐蚀，较正的被保护。
b、形成的主要因素：
不同的金属。
（电极电位相差越大，腐蚀越严重）
c、判断依据：
特定介质中的稳定电位——电偶序
●电偶序：
跟据金属（或合金）在一定的条件下测得的稳定电位的相对大小排列而制成的表。
●电动序与电偶序的区别：
前者：
纯金属在平衡可逆的标准条件下——判定金属腐蚀的倾向。
后者：
非平衡可逆体系的稳定电位（并非纯金属）——判定一定介质中两种金属耦合时产生电偶腐蚀的可能性，如能产生则可判断哪一个是阳极，哪一个是阴极。
d、影响因素：
●电位差越大，腐蚀越厉害
●介质的导电性：
介质导电性越差，电阻越大，电流不易分散，阳极破坏越严重
●面积效应：
指电偶腐蚀电池阴极和阳极面积之比对腐蚀过程的影响。
大阳小阴：
相对较为安全
小阳大阴：
电流急剧增加，结构很快破坏
e、电偶腐蚀的防止方法：
●尽量避免使用不同金属材料，不可避免则选电偶序中相隔较近的
●避免形成大阴极小阳极的不利的面积效应
●若采用了不同的金属材料相接触，应让它们彼此绝缘
●焊接时，焊条材质成分与基体金属一致或使用较高一级的焊条
2、浓差电池{
（1）金属离子浓差电池
（2）氧浓差电池}
概念：
同一金属的不同部位所接触的介质具有不同浓度，引起电位差的不同而形成浓差电池。
（1）金属离子浓差电池
同一种金属浸在不同金属离子浓度的溶液中
用半透膜隔开：
离子彼此通过，溶液不混合
此倾向：
稀>
浓
浓>
稀
即：
∴当溶液中金属离子浓度越稀，电极电位
越低；
浓度越大，电极电位越高。
电子
由金属离子的低浓度区（阳极区）流向
高浓度区（阴极区）。
（2）氧浓差电池：
（充气不均电池）
由于金属与含氧量不同的溶液相接触而引起电位差
是造成金属缝隙腐蚀的主要因素
溶解氧浓度越大，氧电极电位越高（阴极）
氧浓度越小，电极电位越低（阳极）
常见的：
水线腐蚀，缝隙腐蚀
（二）微电池腐蚀
由于电化学不均匀性引起的自发又均匀的腐蚀
不均匀性原因：
1、化学成分不均匀性
2、金属或合金组织内的晶粒与晶界的电极电位不同
3、金属的物理状态的不均匀性（温差等）（变形大、应力集中部位成阳极）
4、金属表面膜的不完整性
第二章飞机结构的腐蚀类型
第一节均匀腐蚀
一、概念：
金属表面上发生的程度比较均匀的、大面积的的腐蚀
二、产生条件
表面无保护，暴露在有腐蚀介质的大气中
三、表现特征：
表层均匀脱落
表面失去光泽→表面粗糙、刻蚀、有斑痕、有粉末状沉积物
用失重、腐蚀深度表示腐蚀程度
四、机理
腐蚀源的阴极与阳极很微小而且靠得很近（随机分布）
第二节电偶腐蚀
两种或两种以上具有不同电位的金属或合金相接触时产生的腐蚀
（不同电位的金属，受保护还是受腐蚀由材料的电偶序来判断）
二、产生条件：
（不同电位相接触）
电位差值越大，越易形成电偶，呈阳极性的金属被腐蚀的程度越高
三、防护、解决方法（根本上：
隔离阳、阴极；
避免电解液的积存）
1、在不同金属间接触面中间加防蚀性涂层或绝缘层
2、电镀防蚀层1）将相连接的不同金属变得相容
2）将相连接的不同金属隔开
例子：
a不锈钢紧固件和螺帽安装到铝合金结构上
采用镀镉或铝包层措施
b如有镁合金参与
接触面涂铬酸锌低漆，至少两层，然后铺一层0.003英寸的压敏性
乙烯薄膜（带状），要避免气泡、皱纹及抽缩变形
第三节缝隙腐蚀
一、概念
金属与金属或金属与非金属之间，由于特定的狭小缝隙限制了与腐蚀有关的物质（如溶液等）的扩散，从而形成以缝隙为阳极的（氧）浓差电池，使缝隙内的金属发生剧烈的局部腐蚀。
二、产生条件及影响因素
1、有氧化膜或钝化层的金属或合金（不锈钢、铝）
2、金属表面存在适当宽度的缝隙
（既能让介质流入，又使缝内介质处于滞留状态）
常发生在：
0.025~0.1mm的缝隙内大于0.3mm的缝隙内很少发生
3、腐蚀处几乎有腐蚀介质存在，尤其含Cl-
4、介质温度升高，腐蚀速度加快
5、介质流动速度加快，腐蚀敏感性降低
三、产生区域
孔穴、搭接缝、沉淀物、垫片底面、螺帽、铆钉
四、防止方法——消除缝隙
1、尽量避免缝隙和积液死角区的形成
2、排污孔应处于最低端
3、多用对接焊，减少铆接和螺栓连结
4、无法避免缝隙的地方尽量用缝隙填料填实
碳钢在中性海水中
步骤1、开始内外溶液中溶解氧的浓度一致，同时以相同速度进行氧的还原、金属
的溶解
2、因滞流影响，氧以扩散形式向缝内传递，故难以补充，氧还原反应终止；
缝外氧还原继续进行
∴构成氧浓差电池缝内是阳极，金属溶解Fe→Fe2++2e
3、由于具有大阴小阳的面积比，腐蚀电流较大
二次腐蚀产物在缝口形成（Fe（OH）2），发展成闭塞电池，使腐蚀进入发展
阶段
4、形成闭塞电池，阳离子难以向缝外扩散，缝内产生过多正电荷，则Cl-向缝
内迁移以维持溶液电中性，且生成金属氯化物
Fe2++2Cl-→FeCl2
水解再生成盐酸，使PH值减少
FeCl2+2H2O→Fe（OH）2+2HCl
金属不断溶解→Cl-不断迁移进缝内→氯化物不断水解→PH值不
断下降→加速腐蚀
这称为自催化酸化作用
∴
第四节丝状腐蚀
*一种特殊形式的缝隙腐蚀
*发生在保护膜下面，又称为膜下腐蚀或漆膜下腐蚀
*腐蚀呈浅沟状
*丝状腐蚀的机理可用典型的缝隙腐蚀机理来解释
*影响丝状腐蚀最主要的因素是大气的相对湿度
*相对湿度低于65%，则丝状腐蚀不会发生
第五节点腐蚀
*金属表面产生的针状、点状、小孔状的一种极为局部的腐蚀形态称为点腐蚀
*俗称麻坑
*以腐蚀向材料厚度方向迅速扩展为特征，给清除腐蚀产物和修复构件带来极大的困难，使点蚀处的打磨超过标准而报废构件
*通常沿重力方向生长，水平表面多见，
*经常发生在具有自钝化性能的金属或合金上
*保护光洁度，降低介质中的氯离子、溴离子及氧化性金属离子的含量能有效防止点腐蚀
第六节晶间腐蚀
沿晶粒边界发生的选择性腐蚀（局部腐蚀电池作用而产生）
二、位置
优先沿晶粒边界腐蚀一条窄缝，起始于表面
三、危害
外观不明显，但原有的物理、机械性能几乎丧失（甚至一击即碎）
不易检查，构件突然破坏
四、原因
1、晶间成分贫化
2、晶间存在易溶杂质
3、晶间与晶粒的应力状态不同
五、表现形式
1、剥离腐蚀
2、焊缝腐蚀
第七节应力腐蚀
某些合金材料或构件，在特定腐蚀介质中受到恒定拉应力作用导致脆性损坏
二、产生应力腐蚀的三要素
合金、拉应力、腐蚀介质
三、应力腐蚀过程中可能包含的几个阶段
1、微观裂纹的形成
2、裂纹的扩展
3、破裂
四、减轻或防止应力腐蚀的方法
1、选择适当的材料
2、热处理清除残余应力
3、采用时效处理，提高材料的抗腐蚀能力
4、采用喷丸、滚压等表面强化处理措施或采用超声波、振动等方法，降低残余拉应力或引入压应力，提高零构件的抗应力腐蚀能力
5、采用表面渗碳、渗氮、氰化、渗金属或合金等工艺措施，可提高合金材料抗应力腐蚀的能力
6、紧固件孔的过大径向干涉量不仅导致疲劳寿命降低，而且对于7075-T6这样的铝合金，干涉量超过3.2%时，材料对应力腐蚀敏感性增加
7、热处理至抗拉强度高于1370MPa的钢对应力腐蚀的敏感性非常明显，因此，对构件热处理、表面处理的工艺过程应严格控制
8、应力集中是产生应力腐蚀的主要原因，应避免或减缓应力集中
第八节疲劳腐蚀
当金属在腐蚀环境中遭受循环应力时，在给定应力下引起损坏所需要的循环次数减少，这种通过腐蚀而使得疲劳的加速称为腐蚀疲劳
腐蚀疲劳就是材料在交变应力和腐蚀介质联合作用下发生的疲劳断裂
二、特点
比机械疲劳危险性更大，可以在低于临界循环应力很多的情况下产生破坏
三、断口特征
既有疲劳破坏的特征，又有腐蚀破坏的特征
加载频率越低，腐蚀作用就越强，断口形貌就越接近应力腐蚀开裂的断口形貌
四、防止或减轻腐蚀疲劳的措施
1、选择适当的材料应选择腐蚀敏感性较低的材料以获得较好的抗腐蚀性能，铝铜合金耐应力腐蚀和腐蚀疲劳的性能都优于铝锌合金，应尽可能选用铝铜合金
2、对金属构件表面采用喷丸、滚压、渗碳、渗氮等表面强化处理工艺，使表面产生出残余压应力，可明显提高构件的腐蚀疲劳强度
3、电镀阳极性金属在钢上镀锌或镉对腐蚀疲劳的侵蚀可起保护作用
4、实施阴极保护对铝合金构件表面进行阴极保护，可明显提高疲劳强度，降低裂纹扩展速率
5、添加缓蚀剂保护
6、应尽量避免和减缓应力集中，避免飞机构件发生机械损伤
第九节磨损腐蚀
相互接触的表面如果同时存在电化学腐蚀和机械磨损，两者腐蚀相互加速，这种腐蚀称为磨损腐蚀
二、介质
一般指流动的液体、气体或含有固体颗粒和气泡的液体等。
三、三种不同的表现形式
1、湍流腐蚀
2、冲刷腐蚀
3、摩振腐蚀
第一十节微生物腐蚀
环境促使霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀
二、发生部位
主要在机翼整体油箱内主要的微生物是霉菌
三、影响机翼整体油箱微生物生长和腐蚀的主要因素
1、霉菌孢子
2、燃油——霉菌的培养物
3、水——是霉菌存在必不可少的条件
4、温度——霉菌生长的必要条件
四、防护
1、加微生物抑制剂2、及时排出油箱里的沉淀水和粘质物
第十一节汞腐蚀
*水银很易于使外露的、未经防护的铝材“汞齐化”
*当有湿气存在时，汞腐蚀会加剧；
盐水环境中，腐蚀会更快
*汞齐化时，受污染的铝材迅速分解，留下灰白色粉末——茸毛状的腐蚀覆盖产物
*若受汞腐蚀的铝材处于应力作用下，腐蚀结果可能迅速发展成多处裂纹
*对溢溅出的水银要及时清除干净
*防护性涂层、防蚀剂、油脂或氧化膜能减弱或阻止汞齐化的发生
第一十一节气氛腐蚀
金属及其镀层在特殊的气氛环境中，特别是在微量有机酸或无机盐物的加速作用下产生的腐蚀
二、特征
对锌镉镀层的气氛腐蚀称为锌镉镀层长“白霜”
三、影响条件
高的相对湿度、适当的温度和特定的有机物气体能大大加快腐蚀速度
四、常见的有机物腐蚀气氛
甲酸、乙酸、醛类、硫化氢、氯化氢、酚和氨
第三章常用合金材料的耐腐蚀特性及腐蚀环境分析
影响飞机结构腐蚀的因素是多方面的，大致分为两类：
材质因素（内部因素）和环境因素（外界因素）。
前者是产生腐蚀的依据；
后者是产生腐蚀的条件
第一节常用合金材料的耐腐蚀特性
不同金属比较，金属越活泼，电极电位越负，越容易失电子溶入电解质溶液被腐蚀。
相同成分的合金材料，热处理状态不同，抗腐蚀能力会有较大差异。
若成型、机加工、焊接等工艺条件选择不当，会造成构件各部分变形不均匀或应力分布不均匀
构件表面由于受热不均匀、温度差异等也会引起合金构件不同部位之间的电位差
一、铝合金的耐腐蚀特性
1、铝合金的主要腐蚀形态为：
点蚀、晶间腐蚀、剥蚀和应力腐蚀等
2、点蚀是铝合金最常见的腐蚀形态之一。
硬铝合金耐腐蚀能力较差，通常在表面包覆纯铝或进行阳极化处理；
Al-Mn、Al-Mg等防锈铝合金耐点蚀性能较好
3、Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg等铝合金产生晶间腐蚀倾向最大。
4、晶间腐蚀与热处理工艺密切相关：
自然时效时，晶间腐蚀趋向较低；
人工时效时，晶间腐蚀趋向很大
5、剥蚀多见于挤压型材。
Al-Cu-Mg合金产生剥蚀的情况最多
6、温度和湿度越高，氯离子浓度越大，PH值越低，铝合金的应力腐蚀破裂敏感性越大
7、Al-Cu和Al-Cu-Mg硬铝合金，特别是Al-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu等超硬铝合金，容易产生应力腐蚀破裂
二、镁合金的耐腐蚀特性
1、镁合金具有比重小、比强度和比刚度高等优点
2、镁合金的耐腐蚀性能差，在大多数介质中都不抗腐蚀
三、低合金钢的耐腐蚀特性
1、低合金钢是指加入到碳钢中的合金元素小于3%的一类钢。
2、这类钢成本低，强度高，综合机械性能及加工工艺性能比较好
3、在潮湿工业大气、海洋大气等环境中，抗腐蚀性能比碳钢好得多
4、高强度钢有应力腐蚀和氢脆的倾向
四、不锈钢的耐腐蚀特性
1、不锈钢具有较高的耐腐蚀性能
2、含有氯化物的介质中，不锈钢钝化膜的薄弱区、有缺陷的部位以及有硫化物夹杂或晶界碳化物的地方产生点蚀
3、不锈钢构件与其他构件相连的微小缝隙处，易产生缝隙腐蚀
4、奥氏体不锈钢具有非常好的热塑性、冷变形能力和可焊性，但在某些介质中具有较高的应力腐蚀破裂敏感性
5、马氏体不锈钢一般含碳较高，强度和硬度较高，抗高温氧化稳定性好，但耐腐蚀性能降低
五、钛合金的耐腐蚀特性
1、钛及钛合金与氧有很高的亲和力，很容易与氧结合生成氧化膜，氧化膜的稳定性远高于铝和不锈钢的氧化膜。
机械损伤遭到破坏时，氧化膜能很快恢复。
所以，钛及钛合金在很多高活性介质中都具有较高的耐腐蚀能力。
2、在潮湿工业大气、海洋大气中的耐腐蚀性也很高
3、在不能钝化的条件下，钛及钛合金化学活泼性很高，不仅不耐腐蚀，甚至能发生强烈的化学反应
4、一般情况钛合金不会产生点蚀，晶间腐蚀
5、在某些介质中有应力腐蚀破裂的倾向
第二节腐蚀环境分析
飞机腐蚀环境主要包括大气腐蚀环境和机上腐蚀环境
一、大气腐蚀环境
（一）潮湿空气
1、与地理环境的关系主要是各地纬度的不同
四个气候带：
热带、亚热带、温带、寒带
飞机结构在潮湿空气环境中最容易受腐蚀
我国大部分处在温暖、潮湿的东南季风与西南季风控制下
2、金属腐蚀的临界相对湿度与大气腐蚀
1）临界相对温度
概念：
当空气相对湿度达到某一数值时，金属会很快锈蚀，此时这一相
对湿度度叫临界相对湿度
临界相对湿度越低，则越容易腐蚀
钢铁和铝合金：
临界相对湿度大约为65%
绝对光洁的金属表面在纯净大气中：
约为100%
2）金属的大气腐蚀
a概念：
金属暴露在空气中，由于空气中的水和氧等的化学和电化学作
用而引起的腐蚀称为大气腐蚀
b大气腐蚀分为三类：
c温度升高，腐蚀速度加快
温度剧烈下降时，腐蚀加速（表面凝成水滴、水膜）
（二）海洋大气
1、特点：
湿度高，含盐量大
2、含大量氯离子，起催化效果：
吸潮，难保钝化态
（三）工业大气
1、成分：
SO2、H2S、NH3、Cl2、HCl
危害最大的：
SO2
来源于H2S氧化及含硫燃料的燃烧
2、对金属的腐蚀
起始反应2SO2+O2+2H2O→2H2SO4
连锁反应2Fe+2H2SO4+O2→2FeSO4+2H2O
连锁反应2FeSO4+1/2O2+5H2O→2Fe（OH）3+2H2SO4
如此反复循环，加速催化腐蚀：
酸的再生循环
二、及上腐蚀环境
1、水分
机组及乘客呼吸排汗
飞行高度上升，温度降低，潮气凝结成水
中短程比远程严重
2、活牲畜：
粪便、热量（使湿度上升）
海洋性食物、瓜果、蔬菜
3、厕所、厨房、前后登机门、服务门
4、燃油箱内含潮湿空气细菌会大量繁殖形成粘性酸性物，对结构有腐蚀
5、仪表设备中的水银
6、维修、使用中泼出的强碱、强酸（及相应的飞机清洁剂）
7、非金属材料挥发出来的气体
8、砂石或氯化钠等降低起落架舱光洁度
第四章易滋生腐蚀的部位及腐蚀成因分析
飞机各个部位腐蚀敏感性不同
一、废气尾迹区
喷气式发动机和活塞式发动机的
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